Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Ths. Phan Thanh Phương đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực
hiện khóa luận.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ phòng thí nghiệm khoa
Hóa học trường Đại học Khoa Học và các thầy cô, cán bộ của viện hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam đã trực tiếp truyền thụ cho chúng em những kiến thức
nền tảng hết sức quan trọng trong thời gian học tập tại trường, trong quá trình làm
khóa luận.
Em xin cảm ơn những người bạn, những anh chị đã cho những ý kiến đóng
góp quan trọng trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Mặc dù đã cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót và khiếm
khuyết, em rất mong được sự đóng góp của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 05 năm 2015
Sinh viên thực hiện
CAO THỊ BÌNH MINH
1
MỤC LỤC
2
DANH MỤC HÌNH ẢNH
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
4
MỞ ĐẦU
Hơn hai trăm năm trước đây, M. V. Lơmanôxop đã nêu một định nghĩa rõ
ràng và đơn giản về khái niệm “kim loại”, Ông đã viết: “Kim loại là những vật thể
rắn, dễ rèn và sáng ngời”. Thật vậy, sắt, nhôm, đồng, vàng, bạc, chì, thiếc và các
kim loại khác mà ta đã có dịp tiếp xúc đều hoàn toàn phù hợp với cách diễn đạt như
vậy. Nhưng không phải vô cớ mà người ta nói rằng, chẳng có quy tắc nào mà không
có ngoại lệ. Trong thiên nhiên có gần tám mươi kim loại, nhưng trong số đó chỉ có

một thứ ở thể lỏng trong những điều kiện bình thường. Đó là thủy ngân.[16]
Thủy ngân (Hg) là nguyên tố hóa học được phát hiện từ rất sớm và được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành công nghiệp như khai thác vàng, kỹ thuật
điện tử, sản xuất xút bằng phương pháp điện phân với điện cực thủy ngân, sản xuất
nhiệt kế, tuy nhiên thủy ngân là kim loại độc hại đối với sức khỏe con người. Khi
xâm nhập vào cơ thể, nó có thể gây ra các bệnh về thần kinh, thận và ung thư. Hiện
nay, các nhà khoa học có thể đo được tổng hàm lượng thủy ngân trong máu, nước
tiểu hoặc tóc của con người nhưng xác định nguồn nhiễm độc thủy ngân vẫn là một
việc rất khó. Đề tài khóa luận của tôi sẽ hướng vào sự nhiễm độc thủy ngân trong
tóc ở những người đang và đã tiếp cận với công việc khai thác vàng.
Giá vàng tăng cao là một trong những nguyên nhân khiến ở nhiều nơi trên
thế giới, tình trạng khai thác vàng có phép và không phép gia tăng. Do sử dụng hình
thức khai thác thủ công và công nghệ thô sơ, hoạt động khai thác vàng vô tình đẩy
các cộng đồng địa phương, nhân công tham gia khai thác và môi trường tự nhiên
vào tình trạng bị hủy hoại bởi nhiễm độc thủy ngân [11,13,15 ]
Run, dễ xúc động, hay quên và gặp ảo giác là những triệu chứng thường gặp
nhất ở nhiều người thợ sản xuất mũ của Anh hồi đầu thế kỷ XIX. Công việc thường
ngày của họ là tiến hành tách lông động vật rồi ngâm chúng trong một hợp chất gọi
là nitrat thủy ngân – Hg(NO
3
)
2
. Chính quy trình này đã khiến họ bị ảnh hưởng bởi
lượng dung dịch độc hại bốc hơi vào không khí.
Trước nỗi ám ảnh từ nhiễm độc thủy ngân, các nước phương Tây đã cấm dài
hạn những ngành, nghề buộc người công nhân phải tiếp xúc với thủy ngân. Đến
năm 2008, Liên minh Châu Âu (EU) tiến tới quyết định cấm bán nhiệt kế có sử
dụng thủy ngân ra ngoài cộng đồng.
5
Song ở nhiều nơi trên thế giới, tình trạng sử dụng thủy ngân để chiết tách

vàng vẫn còn tồn tại. Đơn cử, ở châu Phi, lượng thủy ngân được sử dụng để khai
thác vàng cũng đang gia tăng theo sự lên giá của vàng.
Bởi lẽ, lọc vàng bằng thủy ngân vốn là một phương pháp thủ công phổ biến,
nhanh chóng và tương đối rẻ tiền. Thủy ngân tự “hút” vàng và rất dễ tách vàng ra
khỏi đá và các vật liệu khác.
Tuy nhiên, hậu quả để lại là một lượng thủy ngân lớn đã bị rò rỉ ra môi
trường, khoảng 70% số này thường được tìm thấy trong nguồn nước, gieo rắc nguy
cơ lâu dài đối với những công nhân khai thác mỏ và cộng đồng dân cư vùng hạ lưu
hoặc vùng thuận hướng gió thổi từ các khu khai thác vàng.
Đặc biệt là phụ nữ mang thai khi bị phơi nhiễm với thủy ngân có thể sinh con
bị nhiễm độc thủy ngân bẩm sinh gây quái thai, dịtật.
Độc tính của thủy ngân phụ thuộc rất nhiều vào dạng hóa học của nó. Vì vậy
phân tích và đánh giá tổng hàm lượng thủy ngân trong các mẫu sinh học và mẫu
môi trường là vấn đề các nhà khoa học hiện nay đang quan tâm.
Từ lâu hàm lượng các nguyên tố lượng vết trong cơ thể người đã được xác
định qua các mẫu sinh học bằng cách phân tích máu. Tuy nhiên , việc phân tích máu
kéo theo một số vấn đề khó khăn như việc lấy và bảo quản mẫu phức tạp, vì vậy các
nhà khoa học đã nghiên cứu các khả năng lấy các mẫu sinh học khác của người để
loại trừ được các khó khăn đó. Năm 1954, Flesch đề xuất sử dụng mẫu tóc làm chỉ
thị cho phân tích các nguyên tố lượng vết trong cơ thể dựa trên chức năng như một
"cơ quan bài tiết thu nhỏ" của nó. Hammer đã chứng minh rằng trong một số trường
hợp phân tích tóc tốt hơn là phân tích máu vì nhiều nguyên tố vi lượng vết tích lũy
trong tóc.[5,12,14]
Sự tiện dụng và tin cậy của việc phân tích tóc đã được chứng minh qua nhiều
nghiên cứu. Năm 1975, trong một báo cáo gửi tới hệ thống quan trắc môi trường
toàn cầu (GESM) đã đề xuất tóc là một vật liệu quan trọng hữu ích trong quan trắc
sinh học hàm lượng vết các kim loại ở người. Một chương trình quan trắc của cơ
quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) cũng cho thấy tóc là một chỉ thị tin cậy
cho việc đánh giá sự phơi nhiễm với các nguyên tố lượng vết gây ô nhiễm chính. Tổ
chức bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã kết luận rằng "tóc là một loại mô đầy ý

nghĩa và có tính đại diện" cho việc xác định các kim loại độc hại cũng như các
6
nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể, bao gồm chì, cadimi, antimon, selen, đồng,
asen và thủy ngân.
Ưu điểm lâm sàng của tóc trong xét nghiệm là do có tính bền vững trong cấu trúc
và khả năng tập trung, lưu giữ làm cho nó trở thành một dạng mẫu xét nghiệm thuận tiện
để đánh giá sự phơi nhiễm mãn tính với các chất độc hại và cân bằng dinh dưỡng. Tóc là
một ống sợi nhỏ được tạo thành từ nền của các tế bào ở chân nang tóc sâu trong biểu mô.
Mỗi nang tóc là một cơ quan thu nhỏ chứa các cơ và thành phần các tuyến. Tóc người
gồm 80% protein, 15% nước và một lượng nhỏ chất béo và chất hữu cơ. Các khoáng
trong tóc chiếm khoảng 0,25 - 0,95% phần tro khô.
Theo các nhà khoa học trong quá trình sinh trưởng, sợi tóc đã tích lũy trong
mình nó tất cả những chất do máu và bạch cầu mang đến. Không giống các mô
khác, tóc là sản phẩm cuối cùng của sự chuyển hóa và giữ lại các nguyên tố vào quá
trình của nó trong quá trình sinh trưởng. Khi các nguyên tố này đi tới nang tóc,
chúng được giữ lại trong nền protein. Vì tóc gần giống như bề mặt da, nó trải qua
quá trình xơ hóa, hoặc sừng hóa, và các nguyên tố tích lũy trong quá trình đó được
gắn vào cấu trúc protein của tóc. Do đó nguyên tố lượng vết được giữ lại trong nền
tóc, nó gắn cố định và khó có thể loại bỏ bằng cách rửa thông thường. Vì nang tóc
phơi nhiễm với nguồn cung cấp máu trong suốt quá trình sinh trưởng, nồng độ các
nguyên tố trong tóc phản ánh nồng độ trong cơ thể suốt thời gian này.
Với một số nguyên tố, nồng độ trong tóc có thể cao hơn 200 lần so với trong máu
và nước tiểu. Điều này giúp cho việc phát hiện và định lượng nhiều nguyên tố lượng vết
trong mẫu có độ nhạy tốt hơn. Hơn nữa, không giống như hầu hết các mô sinh học khác,
tóc rất bền. Sự bền vững này tối ưu khả năng giữ nguyên tính chất và giúp cho việc vận
chuyển thuận tiện hơn. Vì vậy tóc được coi là chỉ thị sinh học hữu hiệu trong việc quan
trắc hàm lượng các nguyên tố lượng vết trong cơ thể, hơn nữa việc lấy mẫu tóc khá dễ
dàng, không gây đau đớn và không đòi hỏi điều kiện bảo quản đặc biệt.
Chính vì những lí do trên mà tôi chọn nghiên cứu đề tài “Xác định tổng hàm
lượng thủy ngân trong mẫu tóc’’. Với các nội dung sau:

Phân tích tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc.
Xử lý và đánh giá kết quả
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nguyên tố thuỷ ngân
Hg là viết tắt của Hydrargyrum, từ Latinh hóa của từ Hy Lạp Hydrargyros, là
tổ hợp của 2 từ ' nước' và ' bạc' - vì nó lỏng giống như nước, và có ánh kim giống
như bạc. Trong ngôn ngữ châu Âu, nguyên tố này được đặt tên là Mercury, lấy theo
tên thần Merycury của người La Mã, được biết đến với tính linh động và tốc độ.
Biểu tượng giả kim thuật của nguyên tố này cũng là biểu tượng chiêm tinh học cho
Thủy Tinh.[16]
1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hoá học của nguyên tố thuỷ ngân
Thủy ngân (Hg) là nguyên tố thuộc nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần hoàn
các nguyên tố hóa học, có số thứ tự là 80, cấu hình electron lớp ngoài cùng là:
4f
14
5d
10
6s
2
. [5,3]
Bảng 1: Một số hằng số vật lý của thủy ngân
Cấu hình electron [Xe] 4f
14
5d
10
6s
2
Năng lượng ion hóa, Ev
I

1
I
2
I
3
10,43
18,56
34,30
Nhiệt độ nóng chảy,
0
C -38,87
Nhiệt độ sôi,
0
C 357
Nhiệt bay hơi, kJ mol
-1
61,5
Thế điện cực chuẩn, V 0,854
Bán kính nguyên tử, A
0
1,60
Bán kính ion hóa trị hai, A
0
0,93
Thủy ngân là chất lỏng ở nhiệt độ thường có màu trắng bạc, nhưng trong
không khí ẩm dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim, thủy ngân bay
hơi ngay tại nhiệt độ phòng, hơi thủy ngân gồm những phân tử đơn nguyên tử, áp
suất hơi của thủy ngân phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, ở nhiệt độ 20
0
C áp suất hơi

bão hòa của thủy ngân là 1,3.10
3
mmHg. Thủy ngân có trọng lượng riêng là 13,55 (ở
20
0
C), khi hóa rắn trở nên dễ rèn như chì và là những tinh thể bát diện phát triển
thành hình kim. Thủy ngân tinh khiết khi đổ ra sẽ tạo thành những giọt tròn lấp
lánh, linh động. Thủy ngân không tinh khiết bị phủ lớp váng và để lại những vạch
trắng dài. Thủy ngân tan được trong các dung môi phân cực và không phân cực,
dung dịch của thủy ngân trong nước (khi không có không khí) ở 25
0
C chứa 6.10
-8
g
8
Hg/l. Thủy ngân tạo nên nhiều hợp kim với các nguyên tố kim loại, hợp kim của
thủy ngân được gọi là hỗn hống. Tùy thuộc vào tỉ lệ của kim loại tan trong thủy
ngân, hỗn hống có thể ở dạng lỏng hoặc rắn.
Tính chất của thủy ngân phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Phần lớn
thủy ngân tồn tại trong nước, đất, trầm tích, sinh vật (tất cả môi trường trừ khí
quyển) đều ở dạng muối thủy ngân vô cơ hoặc hữu cơ. Trong muối vô cơ, thủy
ngân có hóa trị I và II, trong các hợp chất hữu cơ thủy ngân có hóa trị II. Thủy ngân
không tác dụng với oxi ở nhiệt độ thường, nhưng tác dụng rõ rệt ở 300
0
C tạo thành
HgO và ở 400
0
C oxit đó lại phân hủy thành nguyên tố. Thủy ngân phản ứng dễ dàng
với nhóm halogen và lưu huỳnh. Thủy ngân chỉ tan trong những axit có tính oxi hóa
mạnh như HNO

3
, H
2
SO
4
đặc. Ví dụ:
Hg +4HNO
3
= Hg(NO
3
)
2
+ 2 NO
2
+ 2H
2
O
(đặc)
6Hg + 8HNO
3
= 3Hg
2
(NO
3
)
2
+ 2NO + 4H
2
O
(loãng)

Trong thiên nhiên, thủy ngân tồn tại chủ yếu dưới dạng các khoáng vật:
xinaba hay thần sa (HgS), timanic (HgSe), colodoit (HgTe), livingtonit (HgSb
4
O
7
),
montroydrit (HgO), calomen (Hg
2
Cl
2
)…Rất hiếm khi gặp thủy ngân dưới dạng tự
do. Thần sa là quặng duy nhất của thủy ngân, nhiều khi bắt gặp chúng tạo thành các
mỏ lớn. Nói chung thần sa khác với các sunfua khác là khá bền vững trong miền oxi
hóa. Các khoáng vật cộng sinh với thần sa thường có antimonit (Sb
2
S
3
), pyrit (FeS
2
),
asenopyrit (FeAsS), hùng hoàn (As
2
S
3
)…Các khoáng vật phi quặng đi kèm theo
thần sa thường có: thạch anh, canxit, nhiều khi có cả fluorit, barit…
Trong nước tự nhiên, các hợp chất của thủy ngân dễ bị khử hoặc bị bay hơi
nên hàm lượng của thủy ngân trong nước rất nhỏ. Nồng độ của thủy ngân trong
nước ngầm, nước mặt thấp thường nhỏ hơn 0,5 µg/l . Nó có thể tồn tại ở dạng kim
loại, dạng ion vô cơ hoặc dạng hợp chất hữu cơ.Trong môi trường nước giàu oxi,

thủy ngân tồn tại chủ yếu dạng hóa trị II.
9
1.1.2 Ứng dụng của thuỷ ngân
Thủy ngân có rất nhiều ứng dụng do có những tính chất phong phú như: tính
dẫn điện, nhạy với sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và tạo được hợp kim với hầu hết các
kim loại. Chính vì vậy thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực
công nghiệp khác nhau.[3,4,10]
Nơi sử dụng thủy ngân lớn nhất là công nghiệp sản suất Cl
2
và NaOH bằng
phương pháp điện phân sử dụng điện cực thủy ngân. Trong công nghiệp điện, thủy
ngân được sử dụng để sản suất bóng đèn huỳnh quang, các thiết bị siêu dẫn, đồng
hồ đo, pin oxit thủy ngân. Ngoài ra thủy ngân cũng được sử dụng trong các thiết bị
định hướng, các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất.Trong y học, thủy ngân là một thành
phần trong hỗn hống được sử dụng để chữa các bệnh sâu răng và hàn răng, thủy
ngân cũng được sử dụng làm thuốc sát trùng như: HgCl
2
và mercuzan, ngoài ra
Hg
2
Cl
2
được dùng làm thuốc xổ và thông tiểu tiện. Thủy ngân còn được sử dụng
trong các lò phản ứng hạt nhân, quá trình sản suất gỗ (đóng vai trò tác nhân chống
nấm mốc), làm dung môi và xúc tác cho các kim loại hoạt động. Nhiều hợp chất của
thủy ngân được sử dụng làm chất bảo quản cho nhiều loại dược phẩm.
Trong nông nghiệp, người ta sử dụng một lượng lớn các hợp chất của thủy
ngân hữu cơ để chống nấm và làm sạch các hạt giống, một số hợp chất điển hình
dùng cho mục đích này được mô tả ở bảng:
Bảng 2: Một số hợp chất thủy ngân hữu cơ điển hình

H
3
C Hg C N
Metyl nitril thủy ngân
H
3
C Hg N CH
NH(CN)
NH
2
NH
2
Metyl dixyan diamit thủy ngân
CH
3
-Hg-OOC-CH
3
Metyl axetat thủy ngân
CH
3
-Hg-Cl Metyl clorua thủy ngân
Ngoài ra thủy ngân còn được sử dụng nhiều trong các thiết bị nghiên cứu
khoa học, làm thuốc diệt chuột, thuốc trừ sâu, chất tẩy uế.
10
1.1.3 Các dạng tồn tại trong môi trường.
Có thể liệt kê thủy ngân theo các dạng tồn tại :
+ Thủy ngân nguyên tử, dưới dạng lỏng (kí hiệu Hg). Đây là một dạng quen
thuộc và thường thấy trong các nhiệt kế.
+ Thủy ngân dưới dạng khí (kí hiệu Hg), là thuỷ ngân dưới tác dụng của
nhiệt chuyển thành hơi.

+ Thủy ngân vô cơ, duới dạng ion như là : (HgO, Hg(OH), Hg
2
Cl
2,
HgCl
2,…
)
có độ hòa tan khác nhau. Các hợp chất thủy ngân vô cơ đuợc ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực y tế, quân sự, công nghiệp và đuợc sử dụng để làm sơn chống hà.
+ Thủy ngân hữu cơ: chất metyl thủy ngân, CH HgCl, CH HgOH và phần
nhỏ các hợp chất thủy ngân như là đimetyl thủy ngân và phenyl thủy ngân). Hầu hết
các hợp chất thủy ngân hữu cơ khó hòa tan ((CH
3
)
2
Hg
+
là phân huỷ chậm
và (CH
3
)Hg
+
là hầu như không phân huỷ)và không tham gia phản ứng trong môi
trường axit yếu hoặc ái lực yếu của thủy ngân và liên kết C-O. Tuy nhiên,
CH
3
HgOH hòa tan khá mạnh nhờ nhóm OH. Các dạng thủy ngân hữu cơ
dạng RHgX (metyl, đimetyl, Etylmercury Clorua, Etylmercury photphat, Neptal,
Meuro Crom) được sử dụng chủ yếu trong các loại thuốc bảo vệ thực vật, y tế. Đặc
biệt là dạng metyl thủy ngân có tính độc rất cao và gây ra thảm kịch ở

Vịnh Minamata, Nhật Bản. [5,15]
1.1.4. Độc tính của thuỷ ngân
Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào các dạng hợp chất hóa học của nó.
[4,6,8,11,5].
- Thủy ngân kim loại ở trạng thái lỏng tương đối trơ và có độc tính thấp.Nhưng
hơi thủy ngân thì rất độc, do thủy ngân ở dạng hơi sẽ dễ dàng bị hấp thụ ở phổi rồi vào
máu và não trong quá trình hô hấp dẫn đến hủy hoại hệ thần kinh trung ương.
- Dạng muối thủy ngân (I) Hg
2
2+
có độc tính thấp do khi vào cơ thể sẽ tác
dụng với ion Cl
-
có trong dạ dày tạo thành hợp chất không tan Hg
2
Cl
2
sau đó bị đào
thải ra ngoài.
- Dạng muối thủy ngân (II) Hg
2+
có độc tính cao hơn nhiều so với muối
Hg
2
2+
, nó dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein. Hg
2+
cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh vì cả hai chất này
11
đều có chứa nhóm thio (SH). Song Hg

2+
không thể dịch chuyển qua màng tế bào
nên nó không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học.
- Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt là metyl
thủy ngân CH
3
Hg
+
, chất này tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng và
trong não tủy. Đặc tính nguy hiểm nhất của ankyl thủy ngân (RHg
+
) là có thể dịch
chuyển được qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của bào thai qua nhau thai. Khi
người mẹ bị nhiễm metyl thủy ngân thì đứa trẻ sinh ra thường chịu những thương
tổn không thể phục hồi được về hệ thần kinh trung ương, gây nên bệnh tâm thần
phân liệt, co giật, trí tuệ kếm phát triển. Một trong những trường hợp độc nhất của
thủy ngân là dimetyl thủy ngân, độc đến mức vài microlit rơi vào da có thể gây tử
vong. Một trong những mục tiêu chính của các chất độc này là enzym pyruvat
dehidrogenat (PDH). Enzym bị ức chế hoàn toàn bởi một vài hợp chất của thủy
ngân, thành phần gốc axit lipoic của phức hợp đa enzym liên kết với các hợp chất
đó rất bền và vì thế PDH bị ức chế.
- Khi thủy ngân liên kết với màng tế bào sẽ ngăn cản quá trình vận chuyển
đường qua màng làm suy giảm năng lượng của tế bào, gây rối loạn việc truyền các
xung thần kinh. Nhiễm độc metyl thủy ngân cũng dẫn tới sự phân chia các nhiễm
sắc thể, phá vỡ nhiễm sắc thể, và ngăn cản sự phân chia tế bào. Các triệu chứng
nhiễm độc thủy ngân bắt đầu xuất hiện khi nồng độ metyl thủy ngân (CH
3
Hg
+
)

trong máu vào khoảng 0,5 ppm. Đặc tính sinh hóa của các hợp chất thủy ngân được
trình bày tóm tắt trong bảng 3.
Bảng 3: Đặc tính sinh hóa của các hợp chất thủy ngân
Loại Đặc tính hóa học và sinh hóa
Hg
Nguyên tố thủy ngân ở dạng lỏng tương đối trơ có độc tính thấp.
Hơi thủy ngân khi hít phải rất độc
Hg
2
2+
Tạo được hợp chất không tan với clorua (Hg
2
Cl
2
) có độc tính thấp
Hg
2+
Độc nhưng khó di chuyển qua màng tế bào sinh học
RHg
+
Rất độc thông thường ở dạng CH
3
Hg
+
, nguy hiểm cho hệ thần kinh,
não, dễ di chuyển qua màng sinh học, tích trữ trong các mô mỡ
R
2
Hg
Độc tính thấp, nhưng có thể chuyển thành RHg

+
trong môi trường axit
trung bình
HgS Không tan và không độc, có trong đất
Trong môi trường nước, thủy ngân và muối thủy ngân có thể chuyển hóa
thành metyl thủy ngân hay dimetyl thủy ngân (CH
3
)
2
Hg bởi các vi khuẩn kỵ khí.
12
Đimetyl thủy ngân trong môi trường axit yếu sẽ chuyển hóa thành metyl thủy ngân
(CH
3
Hg
+
).
Khi nhiễm độc thủy ngân thường có các triệu chứng sau:
- Đối với trường hợp nhiễm độc cấp tính (nhiễm độc liều cao) có các triệu
chứng như: viêm miệng (nướu co rút, răng hơi lung lay), tiêu chảy, đau bụng, toàn
cơ thể suy sụp và suy nhược tinh thần. Chức năng thận bị rối loạn; thận có thể bị
hoại tử gây tắc tiểu tiện và dẫn tới tử vong. Lượng thủy ngân tích lũy ở thận cao
(70% lượng thủy ngân vào cơ thể) kế đến là ở gan.
- Nhiễm độc mãn tính: miệng có vị kim loại, chứa nhiều nước bọt nhai đau
(do tủy bị kích thích), chân răng ở phần gần cổ có màu xanh. Nướu sưng,có khi bị
viêm loét, viêm răng hàm, nhiễm độc liều lượng nhỏ dẫn đến chảy máu chân răng.
Tuyến dưới hàm và mang tai sưng đau, tiêu hóa kém đôi khi gây viêm dạ dày và
viêm đại tràng mãn tính, chức năng gan bị rối loạn.
Theo báo cáo của tổ chức National Wildlife Federation (NWF) công bố: cá
không phải loài động vật duy nhất là nạn nhân của thủy ngân mà một số loài chim,

bò sát, lưỡng cư hay động vật nhỏ đều bị tác động bởi chất gây ô nhiễm này. Những
con cá hấp thụ thủy ngân với liều cao sẽ sinh sản kém hơn, chim đẻ trứng ít hơn và
không quan tâm đến con cái; các động vật có vú thì gây ảnh hưởng đến tỉ lệ sống.
1.1.5. Quá trình tích luỹ sinh học của thuỷ ngân.
Như mọi nguyên tố hóa học thông thường, trên trái đất tồn tại một lượng xác
định thủy ngân tồn tại dưới các dạng đơn chất và hợp chất. Tuy nhiên, do những tác động
của tự nhiên và con người nên thủy ngân có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác
trong môi trường. thủy ngân đuợc giải phóng vào khí quyển bởi nhiều nguồn khác nhau,
sau đó phân tán và chuyển vào không khí, lắng đọng xuống trái đất theo nhiều cách và tốc
độ khác nhau, phụ thuộc vào dạng vật lý và hóa học của nó.
Trong môi trường, thủy ngân vô cơ có thể bị metyl hóa thành muối metyl
thủy ngân, đặc biệt là trong đất [4,5,8]. Người ta đã tìm thấy các vi khuẩn và vi sinh
vật trong đất và nước có chứa metycobanamin. Khi metylcobanamin gặp các ion
thủy ngân vô cơ, metyl thủy ngân dễ dàng được sinh ra bởi quá trình hóa học và
sinh học, một phần metyl thủy ngân sinh ra bị phân hủy bởi ánh sáng tử ngoại thành
các dạng vô cơ.
13
Quátrình metyl hóa thủy ngân là yếu tố quan trọng nhất góp phần đưa thủy
ngân vào trong chuỗi thức ăn. Sự chuyển hóa sinh học của các hợp chất thủy ngân
vô cơ thành thủy ngân hữu cơ – metyl thủy ngân có thể xảy ra trong trầm tích, nước,
cả trong cơ thể sinh vật. Các phản ứng đề metyl hóa xảy ra cùng với quá trình bay
hơi của đimetyl thủy ngân làm giảm lượng metyl thủy ngân trong nước. Tất cả các
dạng của thủy ngân đều có thể tích lũy tới mức độ nhất định, tuy nhiên metyl thủy
ngân tích lũy nhiều hơn các dạng khác của thủy ngân.
1.2. Các phương pháp phân tích thủy ngân trong mẫu tóc.
1.2.1 Phương pháp vi khối lượng
Mặc dù ngày nay, phươngpháp này không được sử dụng làm phân tích, nhưng nó
đã được quan tâm trong thời gian trước.Thủy ngân được tích lũy trên bụi đồng trong
dung dịch axit, rồi gia nhiệt để thủy ngân bay hơi và tạo hỗn hống trên phoi vàng, sau đó
quan sát bằng kính lúp. Thủy ngân cũng được định lượng khi khử thủy ngân hợp chất về

thủy ngân nguyên tố dạng hình cầu nhỏ và soi bằng kính hiển vi.[8,5,16]
1.2.2 Phương pháp đo quang
Là phương pháp phổ biến nhất để xác định thủy ngân vào những năm 1960, bằng
cách sử dụng chất tạo phức là diphenylthiocarbazon hoặc dithizon. Phương pháp này dựa
trên phép đo quang của phức màu được chiết vào dung môi hữu cơ sau khi tất cả các
dạng thủy ngân trong mẫu đã được chuyển thành Hg
2+
rồi tạo phức với dithizon.Tuy
nhiên phương pháp này vẫn tồn tại một số nhược điểm là độ chọn lọc thấp do ảnh hưởng
của các kim loại đi kèm cũng phản ứng với dithizon.[5,16].
Năm 1965, Hiệp hội phân tích (AOAC) đưa ra phương pháp tiêu chuẩn cho
việc phân tích thủy ngân với quy trình giải chiết, trong đó thủy ngân dithizonat
trong chloroform được giải chiết vào dung dịch natrihiosunfat, sau đó phân hủy
phức thủy ngân thiosunfat và chiết lại bằng dithizon trong chloroform. Giới hạn
phát hiện của phương pháp này là 1 µg thủy ngân, vì vậy mà một số phòng thí
nghiệm cho đến nay vẫn tiếp tục phân tích thủy ngân bằng phương pháp này.
Phương pháp so màu sử dụng các chất tạo màu khác nhau hoặc huỳnh quang phân
tử cũng đã được áp dụng để xác định thủy ngân. Tuy nhiên, ưu điểm chủ yếu của
phương pháp này là tạo phức trước hoặc sau cột kết hợp sử dụng sắc ký lỏng hiệu
năng cao để tách các dạng thủy ngân và các chất ảnh hưởng. Dithizon,
14
dithizoncarbamat và các dẫn xuất của chúng được tạo phức với thủy ngân, rồi tách
bằng cột pha đảo và xác định bằng detector UV-Vis hoặc huỳnh quang.
1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
Là phương pháp phổ biến nhất để xác định thủy ngân trong tất cả các
mẫu,phương pháp này dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân kết
hợp kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS). Do thủy ngân là nguyên tố kim loại duy nhất
có áp suất hơi bão hòa rất cao tại nhiệt độ tương đối thấp nên có thể dễ dàng định
lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử. Thủy ngân được giải phóng khỏi dung dịch
thành hơi nguyên tử nhờ quá trình khử chọn lọc và được cuốn đi bằng dòng khí.

Người ta thường sử dụng Sn
2+
để khử thủy ngân về trạng thái hơi nguyên tử. Gần
đây, NaBH
4
cũng được sử dụng làm chất khử để xác định thủy ngân.[1,5,8].
Những kỹ thuật loại trừ các chất ảnh hưởng khi xác định thủy ngân trong môi
trường hữu cơ và các đối tượng mẫu khó phân hủy hoàn toàn khi dùng đến cả axit
mạnh, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Hai kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ chất ảnh
hưởng là: kỹ thuật tạo hỗn hống với vàng (Au) để làm sạch hơi thủy ngân và kỹ
thuật bổ chính nền quang học.
Kỹ thuật tạo hỗn hống với vàng dựa trên quá trình hấp thụ chọn lọc của thủy
ngân trên bề mặt vàng ở nhiệt độ phòng, sau khi hơi hữu cơ được loại bỏ, thủy ngân
được giải phóng ra khỏi bẫy vàng bằng cách gia nhiệt và được ghi đo phổ. Kỹ thuật
này không những để tinh chế thủy ngân mà còn được sử dụng để làm giàu thủy
ngân trong một thể tích nhỏ trước khi đo nhằm tăng độ nhạy của phép đo.
Bổ chính nền quang học được dùng để loại bỏ sự hấp thụ phân tử do hơi hữu
cơ gây ra.Trong thời gian đầu, người ta dùng nguồn sáng liên tục và sau này người
ta dùng hiệu ứng Zeeman kết hợp với đèn liên tục để bổ chính nền. Những kỹ thuật
này cần thiết khi nguyên tử hóa bằng lò graphit trong trường hợp mẫu có thành
phần nền phức tạp. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật bổ
chính nền bằng hiệu ứng Zeeman thích hợp cho việc đo mẫu rắn do ảnh hưởng của
phổ nền được loại trừ nhờ hiệu ứng này.
Để tăng độ nhạy của phương pháp, người ta sử dụng các chất cải biến như Pt
để tối ưu hóa quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, phương pháp đã được áp
dụng để phân tích mẫu bùn mà không cần phân hủy.
15
Độ nhạy của phép xác định thủy ngân được tăng lên 30 lần khi sử dụng bước
sóng 184,9 nm thay cho bước sóng 253,7 nm . Tuy nhiên việc sử dụng bước sóng
184,9 nm phải được tiến hành trong môi trường chân không, do đó rất khó để thực

hiện mẫu phân tích hàng loạt.
Trong đề tài này, Chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên
tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh để xác định hàm lượng tổng thủy ngân trong trầm tích.
1.2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử
Một số tác giả đã ứng dụng phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử để xác
định thủy ngân. Hầu hết các tác giả trước đây thường dùng kỹ thuật hóa bằng ngọn
lửa và kích thích huỳnh quang bằng nguồn laser. Để tăng độ nhạy của phương pháp,
các kỹ thuật nguyên tử hóa bằng hồ quang điện và hóa hơi lạnh đã được áp dụng.
[5,8,16].
Cường độ huỳnh quang trong không khí bị giảm do sự dập tắt huỳnh quang
của oxy và nitơ. Khi thay thế không khí bằng đèn agon (Ar) thì độ nhạy của phương
pháp tăng lên khoảng 86 lần. Kỹ thuật này đã được áp dụng để xác định thủy ngân
bằng cách tạo hỗn hống với vàng hoặc tách pha bằng ống xốp polytetrafloetylen sau
đó đo phổ huỳnh quang của thủy ngân.
Nhiều tác giả đã áp dụng phương pháp này để xác định thủy ngân trong
không khí và nước. Hơi thủy ngân được giải phóng khỏi dung dịch bởi quá trình
khử hóa học và được bẫy vào trong ống bằng vàng. Sau đó, ống vàng được gia nhiệt
đến 700
0
C để giải phóng thủy ngân và đưa vào cuvet để đo mẫu. Phương pháp này
có giới hạn phát hiện ở nồng độ thấp và độ lệch chuẩn tương đối khoảng 3% với
nồng độ thủy ngân là 1 ng.
Khi phương pháp huỳnh quang kết hợp với nguồn cảm ứng cao tần plasma
để nguyên tử hóa mẫu thì giới hạn phát hiện khoảng 0,5 ng/l, nếu thay thế đèn catốt
rỗng bằng đèn hơi thủy ngân thì giới hạn của phương pháp khoảng 0,2 ng/l. Mặc dù
độ nhạy của phương pháp này có được cải tiến nhưng nó không có nhiều ưu điểm
so với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
1.2.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử
Trong lịch sử, phương pháp quang phổ phát xạ đã được các nhà địa chất sử
dụng rất phổ biến, phương pháp này đã được phát triển mạnh trong hai thập kỷ qua,

16
bằng việc thay thế nguồn phát xạ ngọn lửa bằng các nguồn khác như hồ quang,
laser, cảm ứng cao tần plasma trực tiếp hoặc plasma tần số radio.[5].
Thủy ngân trong trầm tích được xác định bằng kỹ thuật plasma tạo sóng ngắn He
ở áp suất khí quyển kết hợp với hóa hơi lạnh (CV-MIP-AES), giới hạn phát hiện của
phương pháp này khoảng 4 ng. Hơi thủy ngân và hidrua kim loại liên tục được đưa vào
buồng tạo plasma còn hơi nước và hydro sinh ra trong quá trình khử được giữ lại trên
màng xốp. Giới hạn phát hiện thủy ngân của phương pháp này là 50 ng/l.
Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng nguồn cảm ứng plasma
cũng được áp dụng để phân tích thủy ngân trong mẫu đất. Để tăng hiệu suất quá
trình hóa hơi nguyên tử, amoni sunfua (NH
4
)
2
S được bơm cùng với mẫu, nhờ đó độ
tuyến tính của phương pháp đạt được là 10-1000 ng/l.
1.2.6 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X và kích hoạt nơtron
Ưu điểm cơ bản của phương pháp phân tích huỳnh quang tia X và kích hoạt
nơtron là thời gian phân tích tương đối ngắn, không cần phân hủy mẫu trước khi
phân tích, có độ nhạy và độ chính xác cao.[5,8]
Nguyên tắc của phương pháp kích hoạt nơtron là dùng chùm nơtron kích
hoạt mẫu và đo bức xạ gama được giải phóng bởi Hg
197
. Giới hạn phát hiện của
phương pháp này khoảng 1 ng/l.
Phương pháp kích hoạt nơtron đã được ứng dụng nhiều để phân tích thủy
ngân trong các mẫu rắn có thành phần đơn giản, thủy ngân được xác định trực tiếp
mà không cần xử lý mẫu trước khi phân tích. Đối với các mẫu sinh học và môi
trường như các loại mẫu trầm tích, mô tế bào, máu, tóc…, do có thành phần tương
đối phức tạp, nên trước khi phân tích, mẫu cần thiết phải được xử lý. Một số tác giả

đã chỉ ra rằng quá trình xử lý mẫu thường gây mất thủy ngân do trước khi phân tích
mẫu phải được làm khô. Do vậy phương pháp này ít được sử dụng để phân tích thủy
ngân và dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường.
Phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X phản xạ toàn phần là kỹ thuật
mới trong phân tích đa nguyên tố với độ nhạy tốt. Thủy ngân trong mẫu rắn được
phân tích trực tiếp bằng phương pháp này mà không cần quá trình phân hủy mẫu
bằng axit. Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này để phân tích thủy ngân trong
các mẫu môi trường và sinh học vẫn còn hạn chế.
17
1.2.7 Phương pháp phổ khối lượng
Phương pháp phổ khối nguồn tia điện (spark source) lần đầu tiên được ứng
dụng để xác định Hg trong táo, nguyên tắc của phương pháp là tạo ra xung điện
giữa hai điện cực để hóa hơi và ion hóa mẫu, sau đó các ion được đưa vào detector
khối phổ và sử dụng một đồng vị ổn định làm nội chuẩn. Phương pháp phổ khối
nguồn tia điện được ứng dụng nhiều vào những năm 70, hiện nay nó đã được thay
thế bằng phương pháp phổ khối lượng với nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-
MS), do phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội.
Phương pháp ICP-MS kết hợp với hệ thống khử liên tục sử dụng NaBH
4
đã
được ứng dụng để xác định Hg ở hàm lượng vết trong nước tự nhiên và trầm tích.
Sự phát triển của phương pháp ICP-MS đã mở rộng lĩnh vực phân tích thủy ngân
không chỉ trong các đối tượng địa chất mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như lĩnh
vực sinh hóa, hóa dầu…[5,8].
1.2.8 Phương pháp phân tích điện hóa
Những kỹ thuật cực phổ đã được sử dụng để phân tích dạng thủy ngân trong
mẫu đất. Thế oxi hóa khử của những dạng thủy ngân khác nhau là khác nhau, do đó
người ta có thể xác định dạng thủy ngân bằng phương pháp cực phổ. Metyl thủy
ngân có thể được xác định trong môi trường không tạo phức bằng phương pháp
vôn-ampe hòa tan anot xung vi phân trên điện cực màng vàng, giới hạn phát hiện

khoảng 2.10
-8
mol/l với thời gian điện phân là 5 phút. Tuy nhiên, khi áp dụng
phương pháp này cho các mẫu môi trường và sinh học, người ta cần phải tiến hành
loại bỏ những chất ảnh hưởng mà quá trình thao tác không đơn giản như đối với
phương pháp CV-AAS. [5].
1.3. Một số phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tích
Đối tượng chính của phương pháp phân tích theo AAS là phân tích vi lượng,
các nguyên tố trong các loại mẫu vô cơ hoặc mẫu hữu cơ. Nguyên tắc chung khi
phân tích các loại mẫu này gồm hai giai đoạn. [5,8,16].
Giai đoạn 1: Xử lý mẫu để đưa nguyên tố cần xác định về trạng thái dung
dịch theo một kỹ thuật phù hợp để chuyển được toàn bộ nguyên tố đó vào dung dịch
cho một phép đo đã chọn.
Giai đoạn 2: Phân tích các nguyên tố dựa trên phổ hấp thụ nguyên tử của nó,
trong những điều kiện thích hợp đã được nghiên cứu và lựa chọn.
18
Trong đó giai đoạn 1 là cực kỳ quan trọng không những đối với phương pháp
AAS mà còn đối với các phương pháp khác khi phân tích kim loại. Nếu xử lý mẫu
không tốt có thể dẫn đến mất nguyên tố phân tích (gây sai số âm) hoặc nhiễm bẩn
mẫu (gây sai số dương), làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích, đặc biệt khi phân
tích vi lượng.
Tùy thuộc vào bản chất của chất phân tích, đối tượng mẫu, điều kiện trang bị
kỹ thuật…có các phương pháp sau để xử lý mẫu.
Xử lý mẫu vô cơ
Phân tích dạng trao đổi (còn gọi là dạng dễ tiêu): Kim loại ở thể này có thể
tan được trong nước, dung dịch muối hoặc axit loãng.
Phân tích tổng số: Để phân tích tổng số người ta phá hủy cấu trúc của mẫu để
chuyển kim loại về dạng muối tan. Có thể phá hủy mẫu bằng các loại axit có tính
oxi hóa mạnh như axit nitric, sunfuric, pecloric hoặc hỗn hợp các axit.
Xử lý mẫu hữu cơ

Các chất hữu cơ rất phong phú, đa dạng. Trong các mẫu này kim loại ít khi ở
dạng dễ tiêu, do đó để phân tích kim loại trong mẫu hữu cơ, thường phải tiến hành
phân tích tổng số. Trước khi phân tích, mẫu thường được xử lý bằng một trong các
phương pháp sau: vô cơ hóa khô, vô cơ hóa ướt, xử lý ướt bằng lò vi sóng, xử lý
mẫu bằng kỹ thuật lên men.
a. Phương pháp vô cơ hóa khô
Nguyên tắc: Đốt cháy các chất hữu cơ có trong mẫu phân tích để giải phóng
kim loại dưới dạng oxit, muối hoặc kim loại, sau đó hòa tan tro mẫu bằng các axit
thích hợp.
Phương pháp vô cơ hóa khô đơn giản, triệt để, yêu cầu tối thiểu sự chú ý của
người phân tích, nhưng có nhược điểm là làm mất nguyên tố dễ bay hơi như Hg,
As, Pb…khi ở nhiệt độ trên 500
0
C.
Để khắc phục nhược điểm này người ta thường cho thêm các chất bảo vệ như
MgO, Mg(NO
3
)
2
hay KNO
3
và chọn nhiệt độ thích hợp
b. Phương pháp vô cơ hóa ướt
Ngyên tắc: Oxi hóa chất hữu cơ bằng một axit hoặc hỗn hợp axit có tính oxi
mạnh thích hợp.
19
Phương pháp vô cơ hóa ướt rút ngắn được thời gian so với phương pháp vô
cơ hóa khô, bảo quản được chất phân tích, nhưng phải dùng lượng axit khá nhiều, vì
vậy yêu cầu các axit phải có độ tinh khiết cao.
c. phương pháp bằng lò vi sóng

Thực chất là vô cơ hóa ướt thực hiện trong lò vi sóng.
Nguyên tắc: Dùng năng lượng của lò vi sóng để đun nóng dung môi và mẫu
được đựng trong bình kín. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao có thể dễ dàng
hòa tan được mẫu.
Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại, làm giảm đáng kể thời gian xử lý
mẫu, không mất mẫu và vô cơ hóa được triệt để. Có thể vô cơ hóa cùng một lúc
được nhiều mẫu. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền mà nhiều cơ
sở không đủ trang bị.
d. Phương pháp lên men
Nguyên tắc: Hòa tan mẫu thành dung dịch hay huyền phù. Thêm men xúc tác
và lên men ở nhiệt độ 37-40
0
C trong thời gian từ 7-10 ngày.Trong quá trình lên
men, các chất hữu cơ bị phân hủy thành CO
2
, axit, nước và giải phóng các kim loại
trong hợp chất hữu cơ dưới dạng cation trong dung dịch.
Phương pháp lên men là phương pháp êm dịu nhất, không cần hóa chất,
không làm mất các nguyên tố phân tích, rất thích hợp cho việc phân tích các mẫu
đường, sữa, nước ngọt, tinh bột.Nhưng thời gian xử lý mẫu rất lâu và phải chọn
được các loại men thích hợp. Trong các đối tượng phức tạp, khi các nguyên tố đi
kèm có nồng độ rất cao trong mẫu có ảnh hưởng tới việc xác định nguyên tố phân
tích bằng AAS thì người ta phải dùng thêm kỹ thuật chiết, kỹ thuật này không
những tách được các nguyên tố đi kèm mà còn làm giàu được các nguyên tố cần
phân tích
Tác nhân vô cơ hóa
Khi xử lý mẫu bằng phương pháp vô cơ hóa ướt và lò vi sóng, việc lựa chọn
tác nhân oxi hóa phải căn cứ vào khả năng, đặc tính oxi hóa của thuốc thử và đối
tượng mẫu.
Axit Nitric (HNO

3
).
Axit nitric là chất được sử dụng rộng rãi nhất để vô cơ hóa mẫu. Đây là tác
nhân vô cơ hóa dùng để giải phóng nhanh vết nguyên tố từ các cốt sinh học và thực
20
vật dưới dạng muối nitrat dễ tan. Điểm sôi của axit nitric ở áp suất khí quyển là
120
0
C, lúc đó chúng sẽ oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu và giải phóng
kim loại dưới dạng ion.
Loại mẫu được áp dụng chủ yếu là các mẫu hữu cơ như nước giải khát,
protein, chất béo, nguyên liệu thực vật, nước thải, một số sắc tố polyme và các mẫu
trầm tích.
Axit sunfuric (H
2
SO
4
)
Axit sunfuric là chất có tính oxi hóa mạnh có nhiệt độ sôi 339
0
C. Khi kết hợp
với HNO
3
có khả năng phá hủy hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ.Nếu sử dụng
lò vi sóng thì phải vô cơ hóa trước trong cốc thủy tinh hay thạch anh và giám sát
quá trình tăng nhiệt độ của lò.
Loại mẫu được áp dụng: Mẫu hữu cơ, oxit vô cơ, hydroxit, hợp kim, kim
loại, quặng.
Axit pecloric (HClO
4

)
Axit pecloric có tính oxi hóa mạnh, có thể ăn mòn các kim loại, không phản
ứng với các axit khác, phá hủy các hợp chất hữu cơ. Do HClO
4
có thể gây nổ mạnh
khi tiếp xúc với các nguyên liệu hữu cơ và các chất vô cơ dễ bị oxi hóa cho nên phải
oxi hóa mẫu trước bằng HNO
3
sau đó mới sử dụng HClO
4
. Trong trường hợp phá
mẫu bằng lò vi sóng cần phải rất thận trọng, vì trong bình kín, ở áp suất và nhiệt độ
cao HClO
4
rất dễ gây nổ.
Loại mẫu được áp dụng: các mẫu hữu cơ và vô cơ. Trong nhiều trường hợp
ta phải sử dụng hỗn hợp các axit mới có thể vô cơ hóa được hoàn toàn.
21
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội dung nghiên cứu
-Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc.
-Xử lý và đánh giá kết quả.
2.2 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa
hơi lạnh
2.2.1 Nguyên tắc của phép đo
Cơ sở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa trên sự hấp
thụ năng lượng bức xạ đơn sắc của nguyên tử tự do của nguyên tố ở trạng thái hơi,
khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi nguyên tử của nguyên tố ấy trong môi
trường hấp thụ. Môi trường hấp thụ chính là đám hơi các nguyên tử tự do của mẫu

phân tích. Do đó, muốn thực hiện phép đo AAS cần phải có các quá trình sau:[1,5]
1. Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành trạng
thái hơi của các nguyên tử tự do. Đây là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
2. Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
nguyên tử tự do ấy. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp
thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
3. Tiếp đó, nhờ hệ thống quang học, người ta thu, phân ly và chọn một vạch
phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính
là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ xác định, tín
hiệu này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu
theo phương trình:
A
λ =
KC
b
(*)
A
λ
: độ hấp thụ quang
K: hằng số thực nghiệm
22
C: nồng độ nguyên tố trong mẫu
b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào nồng độ ( 0< b
≤
1)
Hằng số thực nghiệm K phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên
tử hóa mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn
cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng
nguyên tố. Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.
Như vậy mối quan hệ giữa A

λ
và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ
nhất định. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo. Trong
phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sơ để định lượng
một nguyên tố.
2.2.2 Trang bị của phép đo
Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ
nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau:
1 Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần
phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ nguyên tử tự do của nguyên tố:
- Đèn catot rỗng (HCL).
- Đèn phóng điện không điện cực (EDL).
- Đèn phát xạ liên tục đã được biến điệu (D
2
).
2 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này được chế tạo theo 2 kỹ thuật
nguyên tử hóa mẫu. Đó là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (lúc này ta có phép
đo F- AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo GF- AAS).
Trong kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, hệ thống này bao gồm:
Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol hóa
mẫu (tạo thể sol khí). Ngược lại, khi nguyên tử hóa mẫu bằng kỹ thuật không ngọn
lửa người ta thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền
Tantan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có thế thấp (nhỏ hơn
12 V) nhưng dòng rất cao (50 – 800 A).
3 Máy quang phổ, nó thường là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng
(vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS của
vạch phổ.
4 Hệ thống tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thụ hay
nồng độ nguyên tố cần phân tích). Hệ thống này có thể là các trang bị;
23

- Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ.
- Một máy tự ghi pic của vạch phổ trên băng giấy.
- Bộ biến số (digitals).
- Bộ máy in.
- Máy phân tích.
Với nhiều máy hiện đại còn có thêm một microcomputer hay microprocessor
và hệ thống phần mềm. Loại trang bị này có nhiệm vụ điều khiển quá trình đo và xử
lý các kết quả đo đạc, vẽ đồ thị, tính nồng độ của mẫu phân tích.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang được ứng dụng là công cụ phân
tích đắc lực cho nhiều ngành khoa học và kỹ thuật do nó có nhiều tính năng ưu việt:
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Không cần làm giàu nguyên tố cần phân tích.
- Thao tác thực hiện nhẹ nhàng, dễ làm, có thể phân tích đồng thời liên tiếp nhiều
nguyên tố trong cùng một mẫu.
- Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.
- Sử dụng để phân tích hàm lượng vết các kim loại.
Hình 2.2.2: Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS
1 Nguồn đơn sắc;
2. Hệ nguyên tử hóa mẫu
3.Hệ thống đơn sắc và detector
4. Hệ điện tử.
2.2.3 Nguyên lý của kỹ thuật hóa hơi lạnh
24
Hai kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa và không ngọn lửa đều sử
dụng năng lượng nhiệt để nguyên tử hóa mẫu. Tuy nhiên có một số nguyên tố có
nhiệt độ nguyên tử hóa cao, nghĩa là nhiệt độ chuyển từ dạng ion về dạng nguyên tử
tự do:
Hg
2+
→

Hg
0
(hơi)
As
3+
→
As
0
(hơi)
Nhưng nhiệt độ bay hơi của chúng lại rất thấp. Do vậy các nguyên tử tự do
sẽ bị mất trong quá trình đó nếu sử dụng hai kỹ thuật kể trên. Chính vì thế người ta
phải sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh cho các nguyên tố loại này.[1,5]
Kỹ thuật hóa hơi lạnh dựa trên việc chuyển các nguyên tố cần xác định về
dạng hợp chất hydrua hoặc nguyên tử tự do dễ bay hơi. Kỹ thuật này thường được
áp dụng cho các nguyên tố: Hg, As, Se, Te, Sb, Sn, Bi…là những nguyên tố dễ
chuyển về dạng tự do hoặc hợp chất hydrua dễ bay hơi nhờ phản ứng với các chất
khử mạnh nào đó. Các chất khử được dùng là: bột kẽm, bột magie, NaBH
4
, SnCl
2
…
Phản ứng của NaBH
4
với các nguyên tố trong mẫu xảy ra như sau:
2NaBH
4
+ Hg
2+
→
Hg

0
+ B
2
H
6
↑
+ H
2
↑
+ 2Na
+
6NaBH
4
+ As
3+
→
AsH
3
↑ + 3 B
2
H
6
↑
+ 3/2H
2
↑
+ Na
+
Đối với nguyên tố thủy ngân, trong dung dịch nó là cation, sau khi được khử
thành thủy ngân trung hòa sẽ bay hơi thành các nguyên tử tự do ngay ở nhiệt độ phòng.

Người ta thường dùng hai chất khử là NaBH
4
và SnCl
2
, phản ứng xảy ra như sau:
2NaBH
4
+ Hg
2+
→
Hg
0
+ B
2
H
6
↑
+ H
2
↑ + 2Na
+
SnCl
2
+Hg
2+
→
Sn
4+
+ Hg
0

+ 2 Cl
-
25